TWM468012U - 電源晶片模組的封裝結構 - Google Patents
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Description
本創作關於一種電源晶片模組的封裝結構，特別是關於一種具有金屬散熱板的電源晶片模組的封裝結構。
在電源管理積體電路的領域中，常會使用到切換式電源電路，常見的切換式電源電路包含降壓轉換器(Buck Converter)與升壓轉換器(Boost Converter)。而在這些切換式電源電路中，常會使用金氧半場效電晶體(MOSFET，又稱為功率晶片)作為電力開關。
上述功率晶片可以各自單獨封裝在一個封裝體中，也可以二個以上的功率晶片封裝在一個封裝體之中。甚至，有一些封裝結構是將兩個功率晶片與驅動器(Driver)封裝在一起，例如整合式驅動器金氧半場效電晶體(Driver MOS，DrMOS)。
然而，將上述複數個半導體晶片封裝在同一封裝體中會面臨兩個主要問題，其一為散熱問題，其二為封裝體的面積可能會過大或者封裝體的高度可能會過高。
舉例來說，在傳統電源晶片模組的封裝結構中，每
一晶片之間係利用打線(wire-bonded)形成電性連接。由於打線連接方式需要較大的空間，若二個或三個半導體晶片放置在同一基板的同一平面上，將使得封裝體的面積與體積增大許多。此外，由於上述功率晶片會不斷進行開關導通與開關關閉的切換，且其中一個功率晶片(例如：下橋開關晶片(low-side MOS))在導通時會有電流流過，造成封裝結構的升溫，甚至導致電源晶片模組的損壞。
本創作係提供一種電源晶片模組的封裝結構，用以解決傳統電源晶片模組的封裝結構的缺失，並且提升電源晶片模組的散熱效率。
本創作之一態樣在於提供一種電源晶片模組的封裝結構。此封裝結構包含複數個功率晶片、金屬板、及封裝膠。諸功率晶片彼此電性連接，形成一開關電路，且諸功率晶片具有複數個散熱面。金屬板具有第一表面及相對於第一表面之第二表面，其中金屬板的第一表面覆蓋於諸功率晶片之諸散熱面上。封裝膠包覆諸功率晶片，且至少部份包覆金屬板。
根據本創作之一實施例，上述封裝結構更包含至少一基板。基板相對於金屬板，設置於諸功率晶片下，且電性連接於諸功率晶片。
根據本創作之一實施例，上述諸功率晶片包含一上橋開關晶片(high-side MOS)、一下橋開關晶片(low-side
MOS)或其組合。
根據本創作之一實施例，更包含一控制晶片位於金屬板之第一或第二表面上。
根據本創作之一實施例，上述封裝膠完全包覆諸功率晶片、控制晶片以及金屬板。
根據本創作之一實施例，上述封裝膠完全包覆諸功率晶片及控制晶片，且暴露金屬板之至少一部分第二表面。
根據本創作之一實施例，上述金屬板之暴露的第二表面具有一第一部分及一第二部分。
根據本創作之一實施例，上述部分的封裝膠設置於金屬板的第二表面上，且位於第一部分及第二部分之間。
根據本創作之一實施例，上述控制晶片及覆蓋於控制晶片上的封裝膠設置於金屬板的第二表面上，且位於第一部分及第二部分之間。
根據本創作之一實施例，上述第一部分實質上平行於第二部分。
100a、100b、100c、200a、200b、300a、300b‧‧‧封裝結構
110、210、310‧‧‧第一功率晶片
120、220、320‧‧‧第二功率晶片
122‧‧‧第二功率晶片接點
130、230a、230b‧‧‧控制晶片
132‧‧‧控制晶片接點
140a、140b、240、330a、330b‧‧‧金屬板
141、241、331‧‧‧第一表面
142、242、332‧‧‧第二表面
150a、150b、250、350‧‧‧封裝膠
160、260‧‧‧引線
170‧‧‧導線架接點
180、280、340‧‧‧接腳
270‧‧‧導線架
A-A’‧‧‧剖面線
第1A圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構100a；第1B圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構100b；第1C圖係根據第1A圖的剖面線A-A’所繪示的封裝結構100a的剖面圖；
第1D圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構100c的剖面圖；第2A圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200a的剖面圖；第2B圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200a的俯視圖，其中包含引線及導線架；第2C圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200b的剖面圖；第2D圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200b的俯視圖；第3A圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構300a的剖面圖；以及第3B圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構300b的剖面圖。
接著以實施例並配合圖式以詳細說明本創作，在圖式或描述中，相似或相同的部分係使用相同之符號或編號。在圖式中，實施例之形狀或厚度可能擴大，以簡化或方便標示，而圖式中元件之部分將以文字描述之。可瞭解的是，未繪示或未描述之元件可為熟習該項技藝者所知之各種樣式。
第1A圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構100a。在第1A圖中，封裝結構100a包
含第一功率晶片110、第二功率晶片120、控制晶片130以及金屬板140a。
在第1A圖中，控制晶片130藉由打線方式電性連接第二功率晶片120。另外，控制晶片130亦藉由打線方式連接到導線架引腳170，再透過導線架電性連接於第一功率晶片110。控制晶片130具有複數個控制晶片接點132，可利用引線160，連接至導線架引腳170上。
第一功率晶片110、第二功率晶片120以及控制晶片130彼此電性連接，形成一開關電路。第一功率晶片110、第二功率晶片120以及控制晶片130皆具有散熱面。由於上述晶片作動時，會產生熱量而提升晶片的溫度。當晶片溫度過高時，將造成晶片效能低落或失效。因此，目前晶片大多具有散熱面以便散發熱量，降低晶片本身的溫度。
在本創作之一實施例中，第一功率晶片110為一下橋開關晶片(low-side MOS)，第二功率晶片120為一上橋開關晶片(high-side MOS)。上述第一、第二功率晶片110、120例如可為至少一上橋開關晶片、至少一下橋開關晶片或其組合。另，控制晶片130為一驅動電路晶片(Driver)，其用來驅動上述第一功率晶片110與上述第二功率晶片120。
金屬板140a具有第一表面141及相對於第一表面141的第二表面142。金屬板140a的第一表面141完全覆蓋且接觸第一功率晶片110及第二功率晶片120之一表面；而控制晶片130之一表面接觸於金屬板140a的第二表
面142。故在此實施例中，控制晶片130與第一功率晶片110及第二功率晶片120位於金屬板140a的相對表面。利用金屬板140a易於導熱的特性，使金屬板140a接觸功率晶片110、120及控制晶片130的表面，藉以分散晶片產生的熱量，達到降低封裝結構溫度的目的。
在本創作之一實施例中，金屬板為一銅金屬板。
第1B圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構100b。在第1B圖中，封裝結構100b包含第一功率晶片110、第二功率晶片120、控制晶片130以及金屬板140b。
相較於第1A圖中的金屬板140a完全覆蓋第一功率晶片110及第二功率晶片120之散熱面。第1B圖與第1A圖之元件組成相似，其差異之處在於，第1B圖中的金屬板140b之第一表面141僅覆蓋第一功率晶片110及第二功率晶片120之部份表面。
控制晶片130設置於金屬板140b的第二表面142上，且控制晶片130的一表面接觸於金屬板140b的第二表面142。
在第1B圖中，控制晶片130具有複數個控制晶片接點132，而第二功率晶片120具有複數個第二功率晶片接點122。控制晶片130透過引線160連接至導線架引腳170，再電性連接至第一功率晶片110，且利用引線160連接控制晶片接點132與第二功率晶片接點122。
第1C圖係根據第1A圖的剖面線A-A’所繪示的封
裝結構100a的剖面圖。在第1C圖中，第一功率晶片110及第二功率晶片120之散熱面係接觸於金屬板140a之第一表面141；而控制晶片130之散熱面係接觸於金屬板140a之第二表面142。其中，第一功率晶片110及第二功率晶片120分別位於二接腳180上，且接腳180可用以連接第1A圖的導線架引腳170。此外，金屬板140a係呈L型且一端連接於另一接腳180，以利於導熱。封裝膠150a完全包覆第一功率晶片110、第二功率晶片120、控制晶片130、以及金屬板140a。
在本創作之一實施例中，封裝膠為一絕緣材料。
第1D圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構100c的剖面圖。在第1D圖中，封裝結構100c與第1C圖的封裝結構100a相似，惟其差異之處在於，封裝結構100c之封裝膠150b僅完全包覆第一功率晶片110、第二功率晶片120、及控制晶片130，且暴露金屬板140a之部份第二表面142。由於金屬板具有部份暴露的表面，可提升金屬板的散熱效率，藉以增進封裝結構中的晶片效能。在第1D圖中，第一功率晶片110及第二功率晶片120分別位於二接腳180上，且接腳180可用以分別連接第1A圖的導線架引腳170。此外，金屬板140a係呈L型且一端連接於另一接腳180，以利於導熱。
第2A圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200a的剖面圖。在第2A圖中，封裝結構200a包含第一功率晶片210、第二功率晶片220、控制
晶片230a、金屬板240、封裝膠250及接腳280。
第一功率晶片210及第二功率晶片220之散熱面接觸於金屬板240的第一表面241；而控制晶片230a之散熱面係接觸於金屬板240之第二表面242。其中，第一功率晶片210及第二功率晶片220分別位於二接腳280上，且接腳280可用以連接第1A圖的導線架引腳170。此外，金屬板240係呈L型且一端連接於另一接腳280，以利於導熱。封裝膠250完全包覆第一功率晶片210、第二功率晶片220及控制晶片230。
封裝結構200a與第1C圖之封裝結構100c相異之處在於，控制晶片230a位於金屬板240之第二表面242之中央處，且封裝結構200a具有暴露的金屬板240之第二表面242。
在本創作之一實施例中，位於金屬板240的第二表面242之中央處的控制晶片230a，以及覆蓋於控制晶片230a上的封裝膠250，對於後續製程中的黏晶步驟上亦具有額外的校準功效。
值得注意的是，第1A圖中的控制晶片130位於第二功率晶片120(上橋開關)之正上方，且僅位於封裝結構100a之一側。如第1A圖所示，控制晶片130位於封裝結構100a之左側。並且，由於封裝結構100a之左側全部被封裝膠所包覆，因此控制晶片接點132的打線連接之方向較無限制，可以由四個方向電性連接至第二功率晶片120與導線架引腳170。連接於控制晶片接點132、第二功率晶
片接點122及導線架引腳170之間的引線160被封裝膠所包覆。
然而，在第2A圖中，由於控制晶片230a位於封裝結構200a的中央處，且封裝膠250之分布使得金屬板240暴露出二處表面，分別為第一部份251及第二部分252。控制晶片230a及包覆其上的封裝膠250位於第一部分251及第二部分252之間。在本創作之一實施例中，第一部分251實質上平行於第二部分252。
第2B圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200a的俯視圖，其中包含引線及導線架。在第2B圖中，第一功率晶片210與第二功率晶片220係位於金屬板240的相同表面；而控制晶片230a則與第一、第二功率晶片210、220位於相異表面。控制晶片230a利用引線260電性連接於導線架270，並且引線260亦被封裝膠250所包覆。根據本創作之一實施例，控制晶片230可透過導線架達到電性連接第一、第二功率晶片的目的。
與第1A圖不同之處在於，第2B圖中的控制晶片230a位於封裝結構200a的中央處，且封裝膠250係平行於控制晶片230a的方向。由第2B圖可知，因為第一功率晶片210及第二功率晶片220分別位於控制晶片230a的上下二側，引線260不容易上下跨接至導線架270，所以導線架270設置於控制晶片230a的左右二端，且垂直於封裝膠250的排列方向。因此，引線260僅能由控制晶片230a的左右二端連接至導線架270。然而，第2B圖僅呈現本創作之一
示範例，並非用以限制本創作。
第2C圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200b的剖面圖。在第2C圖中，封裝結構200b包含第一功率晶片210、第二功率晶片220、控制晶片230b、金屬板240、封裝膠250及接腳280。
第一功率晶片210、第二功率晶片220、及控制晶片230b之散熱面係接觸於金屬板240的第一表面241。其中，第一功率晶片210、第二功率晶片220及控制晶片230b分別位於三接腳280上，且接腳280可用以連接第1A圖的導線架引腳170。此外，金屬板240係呈L型且一端連接於另一接腳280，以利於導熱。封裝膠250完全包覆第一功率晶片210、第二功率晶片220、及控制晶片230。
封裝結構200b與第2A圖之封裝結構200a相異之處在於，控制晶片230b係位於金屬板240之第一表面241之中央處。而封裝膠250未完全覆蓋金屬板240的第二表面241，且暴露的部份第二表面241具有增加散熱的功效。
在第2C圖中，封裝膠250在金屬板240的第二表面242的中央處具有一凸塊。在本創作之一實施例中，此封裝膠250所形成的凸塊對於後續製程中的黏晶步驟上具有較佳的校準效果。
第2D圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構200b的俯視圖。在第2D圖中，第一功率晶片210、第二功率晶片220及控制晶片230b皆位於金屬板240的第一表面。另外，封裝膠250部份覆蓋金屬板
240的第二表面，且在金屬板240的第二表面之中央處，形成十字型圖案。
由於在測試或將封裝體設置在主機板上的製程時，方便機台吸住電晶片模組，故在中間有封裝膠250。在本創作之一實施例中，相較於一字型的封裝膠，十字形圖案的封裝膠較容易被機台吸住，且進行對準安裝。在本創作之一實施例中，十字形圖案的封裝膠之邊緣係呈圓弧狀。
第3A圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構300a的剖面圖。在第3A圖中，封裝結構300a包含第一功率晶片310、第二功率晶片320、金屬板330a、接腳340及封裝膠350。
第一功率晶片310及第二功率晶片320分別設置且電性連接於二接腳340之上。金屬板330a之第一表面331接觸於第一功率晶片310及第二功率晶片320之散熱面，且金屬板330a係呈ㄇ字型且其二端係分別連接於二接腳340，以利於導熱。封裝膠350包覆在金屬板330a周圍，且與金屬板330a之第二表面332等高。
第3B圖係根據本創作之一實施例所繪示的電源晶片模組的封裝結構300b的剖面圖。在第3B圖中，封裝結構300b包含第一功率晶片310、第二功率晶片320、金屬板330b、接腳340、及封裝膠350。
封裝結構300b與第3A圖的封裝結構300a相似，其中差異之處在於，封裝結構300b中的封裝膠350與金屬板330b之第二表面332不等高。在第3B圖中，金屬板330b
之第二表面332係凸出於封裝膠350，形成一凸起表面。在本創作之一實施例中，金屬板330b所形成的凸起表面有利於校準後續製程中的黏晶步驟。值得注意的是，第3A、3B圖的接腳340均具有裸露表面，同時具有散熱的功效。
在本創作之實施例中，利用金屬板的導熱特性，直接覆蓋於晶片的散熱面上，不但可以增加封裝結構本身的散熱效率，亦可提升封裝結構中的晶片效能。除此之外，在某些實施例中，封裝結構中的晶片係呈堆疊結構，因此可大幅減少封裝結構的底面積，以達到縮小封裝結構體積的目的。
雖然本創作之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。
100a‧‧‧封裝結構
110‧‧‧第一功率晶片
120‧‧‧第二功率晶片
130‧‧‧控制晶片
140a‧‧‧金屬板
141‧‧‧第一表面
142‧‧‧第二表面
150a‧‧‧封裝膠
180‧‧‧接腳
Claims (10)
- 一種電源晶片模組的封裝結構，包含：複數個功率晶片，該些功率晶片彼此電性連接，形成一開關電路，其中該些功率晶片具有複數個散熱面；一金屬板，具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面，其中該金屬板的該第一表面覆蓋於該些功率晶片之該些散熱面上；以及一封裝膠，包覆該些功率晶片，且至少部份包覆該金屬板。
- 如請求項1所述之封裝結構，更包含至少一基板，其相對於該金屬板，設置於該些功率晶片下，且電性連接於該些功率晶片。
- 如請求項1所述之封裝結構，其中該些功率晶片包含一上橋開關晶片(high-side MOS)、一下橋開關晶片(low-side MOS)或其組合。
- 如請求項1所述之封裝結構，更包含一控制晶片位於該金屬板之該第一或第二表面上。
- 如請求項4所述之封裝結構，其中該封裝膠完全包覆該些功率晶片、該控制晶片以及該金屬板。
- 如請求項4所述之封裝結構，其中該封裝膠完全包覆該些功率晶片及該控制晶片，且暴露該金屬板之至少一部分的第二表面。
- 如請求項6所述之封裝結構，其中該金屬板之暴露的該第二表面具有一第一部分及一第二部分。
- 如請求項7所述之封裝結構，其中部分的該封裝膠設置於該金屬板的該第二表面上，且位於該第一部分及該第二部分之間。
- 如請求項7所述之封裝結構，其中該控制晶片及覆蓋於該控制晶片上的封裝膠設置於該金屬板的該第二表面上，且位於該第一部分及該第二部分之間。
- 如請求項7所述之封裝結構，其中該第一部分實質上平行於該第二部分。
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